無人機大未來-無人飛行載具在工程上的應用

張渝江 技師

你早上在睡夢中醒來，門口是無人自走車送來的報紙和無人飛機放的新鮮羊奶和剛出爈的麵包，你今天要去現場和另外一群人現場會勘，但代替你親自到現場的是另一架無人機，你不過在樓上的書房工作室透過4k的影像看現場及和其它同是無人機出席的人討論，你住在離城市很遠的郊區，但你吃的用的都在15分鐘內下單就會送來，整個城市很熱鬧但不擁擠，因為只有必要時人們才會出門，大多的工作都透過輕巧的無人機完成，更綠、更經濟、生活更悠閒，但生產力卻高出很多。這是可能我們的未來生活的顯影。

自從美國在近十年來利用搖控飛機在中東進行軍事活動以來，無人機一直不時出現在報章媒體上。拜智慧型手機大量風行之賜，本來很貴的比如電子羅盤、陀螺儀等電子零組件，今日變很便宜了，這些原來軍事用途昂貴無比的材料今日變成民生用品物美價廉，這些材料也推升了無人機的普及，因此，價格愈來愈親民，且功能愈來愈強大。

遙控飛機或無人飛行器可源自19世紀末，使用汽球飛行在劇場內作為廣告或造景，這應用至今日亦可見。但真正開始用無線電控制飛機自20世紀初開始。無人飛機或無人機，和無人車，差別不只在空中與地面，相對於移動的維度，三度空間的移動比二度空間移動來得經濟很多，比如從台中到花蓮空中直線和地面是完全不同的事。人是在二度空間生活與移動的動物，無人機相對於無人車來說，將取代更多人無法在二度空間做的事。

無人機在網路上已可輕易買到，基本上分為二種等級，玩具等級和工具等級。玩具等級像是Parrot AR Drone，用iPhone iPad操作，無自動飛行功能，且不能飛太高太遠。專業等級的無人機比如德國製的MD4-1000，可載1,200g的東西(payload)飛88分鐘，可飛極久極遠，自動飛行，不怕冷(-20度攝氏)不怕熱(50度攝氏)且可在雨中、雪中或夜間飛行。專業等級的無人機也開始有玩具等級的價錢。由香港科技大學的畢業生創辦的大疆創新(DJI innovation)開發的無人機很專業也很便宜，比如2014年出的DJI Phantom Vision 2 Plus，約4萬多台幣，2007年同級的機器要200萬台幣，但除了不能像MD4飛那麼高遠外，其實專業的拍攝功能與自動飛行功能都具備，無人機愈來愈便宜會是趨勢，這也會造成應用的發展。

圖1  中興新村水保局與農糧署的空拍照片，水保局與農糧署位於照片右側，左側為中華電信和台灣銀行，張渝江攝影。

利用定翼無人機半小時可測繪400公頃的面積，解析度(即代表誤差、精確度)達一顆高爾夫球，這是用傳統測量方法辦不到的。

圖2 透過像AGI Photoscan(俄國)、Pix4D(瑞士)或Acute3D(法國)等軟體軟件系統，可將空拍的影像計算成數值模型，張渝江攝影與資料處理。

關於地圖測繪的應用方興未艾，主要是向來以光達(LIDAR, "light" and "radar")進行的測繪方式，因為設備的不同(雷射光達設備與「家用以上」即可的數位相機)，而有快速的成長。以往為軍事或官方獨享的昂貴測繪工具一瞬間變成人人可及，一如今天你我手上的手機的運算速度比三十年前軍方與官方獨享的昂貴大型主機來得快。

水利工程上也有很多維護的工作比如堤防檢測，即透過人力與裸視的型態慢慢走訪與踏勘堤防是否有破損或其它狀況，用無人機一天可巡180公里的堤防，人，是辦不到的。

圖3 用無人機一天可巡180公里的堤防，人，是辦不到的，員林大排出海口，圖左為大排的堤防，張渝江攝影。

水土保持與坡地開發有很大程度是依賴現場的踏勘調查和測量，今有了無人機，在現場的踏勘調查和測量會變很簡單容易很多。我們可用無人機進行大量的攝影測繪進行崩塌地的調查。

圖4  我們可用無人機進行大量的攝影測繪進行崩塌地的調查，此為台灣南部正射影像照片，by courtesy of 張國楨。

露天礦場或砂石場的進出料管理可透過無人機定時巡航拍攝進行管理。透過數位影像的數值分析計算出3D的地形模型，可算出每日的土方體積，其與每日的進出料比對可有效管理土方的進出。

 我們在本文中舉出無人機的幾個應用，無人機於軍事、環保、能源、文化資產，農業等應用已有相當多的案例，低價而功能強大的無人機將如掃地機器人進入你我的生活，只是這次的影響層面將更深更廣。台灣有很多進入無人機產業的機會，工程上的應用也將使我們技師的工作產生很多影響。